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篇1

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與低層、多層建筑結(jié)構(gòu)相比較，結(jié)構(gòu)專業(yè)在各專業(yè)中占有更重要的位置，不同結(jié)構(gòu)體系的選擇，直接關(guān)系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機(jī)電管道的設(shè)置、施工技術(shù)的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點有：

（一）水平力是設(shè)計主要因素

在低層和多層房屋結(jié)構(gòu)中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動力性的不同而有較大的變化。

（二）側(cè)移成為控指標(biāo)

與低層或多層建筑不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素。隨著建筑高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形迅速增大，與建筑高度H的4次方成正比（＝qH4/8EI）。

另外，高層建筑隨著高度的增加、輕質(zhì)高強(qiáng)材料的應(yīng)用、新的建筑形式和結(jié)構(gòu)體系的出現(xiàn)、側(cè)向位移的迅速增大，在設(shè)計中不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，還要求具有足夠的抗推剛度，使結(jié)構(gòu)在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移被控制在某一限度之內(nèi)，否則會產(chǎn)生以下情況：

1.因側(cè)移產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力，尤其是豎向構(gòu)件，當(dāng)側(cè)向位移增大時，偏心加劇，當(dāng)產(chǎn)生的附加內(nèi)力值超過一定數(shù)值時，將會導(dǎo)致房屋側(cè)塌。

2.使居住人員感到不適或驚慌。

3.使填充墻或建筑裝飾開裂或損壞，使機(jī)電設(shè)備管道損壞，使電梯軌道變型造成不能正常運(yùn)行。

4.使主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)大裂縫，甚至損壞。

（三）抗震設(shè)計要求更高

有抗震設(shè)防的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風(fēng)荷載外，還必須使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。

（四）減輕高層建筑自重比多層建筑更為重要

高層建筑減輕自重比多層建筑更有意義。從地基承載力或樁基承載力考慮，如果在同樣地基或樁基的情況下，減輕房屋自重意昧著不增加基礎(chǔ)造價和處理措施，可以多建層數(shù)，這在軟弱土層有突出的經(jīng)濟(jì)效益。

地震效應(yīng)與建筑的重量成正比，減輕房屋自重是提高結(jié)構(gòu)抗震能力的有效辦法。高層建筑重量大了，不僅作用于結(jié)構(gòu)上的地震剪力大，還由于重心高地震作用傾覆力矩大，對豎向構(gòu)件產(chǎn)生很大的附加軸力，從而造成附加彎矩更大。

（五）軸向變形不容忽視

采用框架體系和框架——剪力墻體系的高層建筑中，框架中柱的軸壓應(yīng)力往往大于邊柱的軸壓應(yīng)力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當(dāng)房屋很高時，此種軸向變形的差異將會達(dá)到較大的數(shù)值，其后果相當(dāng)于連續(xù)梁中間支座沉陷，從而使連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩值增大。

（六）概念設(shè)計與理論計算同樣重要

抗震設(shè)計可以分為計算設(shè)計和概念設(shè)計兩部分。高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計計算是在一定的假想條件下進(jìn)行的，盡管分析手段不斷提高，分析的原則不斷完善，但由于地震作用的復(fù)雜性和不確定性，地基土影響的復(fù)雜性和結(jié)構(gòu)體系本身的復(fù)雜性，可能導(dǎo)致理論分析計算和實際情況相差數(shù)倍之多，尤其是當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段之后，會出現(xiàn)構(gòu)件局部開裂甚至破壞，這時結(jié)構(gòu)已很難用常規(guī)的計算原理去進(jìn)行分析。實踐表明，在設(shè)計中把握好高層建筑的概念設(shè)計也是很重要的。

二、高層建筑的結(jié)構(gòu)體系

（一）高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

1.鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)與建筑、設(shè)備和施工密切配合，做到安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，并積極采用新技術(shù)、新工藝和新材料。

2.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)重視結(jié)構(gòu)選型和構(gòu)造，擇優(yōu)選擇抗震及抗風(fēng)性能好而經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系與平、立面布置方案，并注意加強(qiáng)構(gòu)造連接。在抗震設(shè)計中，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)整體抗震性能，使整個結(jié)構(gòu)有足夠的承載力、剛度和延性。

（二）高層建筑結(jié)構(gòu)體系及適用范圍

目前國內(nèi)的高層建筑基本上采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)體系有：框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等。

1.框架結(jié)構(gòu)體系。框架結(jié)構(gòu)體系是由樓板、梁、柱及基礎(chǔ)四種承重構(gòu)件組成。由梁、柱、基礎(chǔ)構(gòu)成平面框架，它是主要承重結(jié)構(gòu)，各平面框架再由連系梁連系起來，即形成一個空間結(jié)構(gòu)體系，它是高層建筑中常用的結(jié)構(gòu)形式之一。

框架結(jié)構(gòu)體系優(yōu)點是：建筑平面布置靈活，能獲得大空間，建筑立面也容易處理，結(jié)構(gòu)自重輕，計算理論也比較成熟，在一定高度范圍內(nèi)造價較低。

框架結(jié)構(gòu)的缺點是：框架結(jié)構(gòu)本身柔性較大，抗側(cè)力能力較差，在風(fēng)荷載作用下會產(chǎn)生較大的水平位移，在地震荷載作用下，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞比較嚴(yán)重。

框架結(jié)構(gòu)的適用范圍：框架結(jié)構(gòu)的合理層數(shù)一般是6到15層，最經(jīng)濟(jì)的層數(shù)是10層左右。由于框架結(jié)構(gòu)能提供較大的建筑空間，平面布置靈活，可適合多種工藝與使用的要求，已廣泛應(yīng)用于辦公、住宅、商店、醫(yī)院、旅館、學(xué)校及多層工業(yè)廠房和倉庫中。

2.剪力墻結(jié)構(gòu)體系。在高層建筑中為了提高房屋結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度，在其中設(shè)置的鋼筋混凝土墻體稱為“剪力墻”，剪力墻的主要作用在于提高整個房屋的抗剪強(qiáng)度和剛度，墻體同時也作為維護(hù)及房間分格構(gòu)件。剪力墻結(jié)構(gòu)中，由鋼筋混凝土墻體承受全部水平和豎向荷載，剪力墻沿橫向縱向正交布置或沿多軸線斜交布置，它剛度大，空間整體性好，用鋼量省。歷史地震中，剪力墻結(jié)構(gòu)表現(xiàn)了良好的抗震性能，震害較少發(fā)生，而且程度也較輕微，在住宅和旅館客房中采用剪力墻結(jié)構(gòu)可以較好地適應(yīng)墻體較多、房間面積不太大的特點，而且可以使房間不露梁柱，整齊美觀。

剪力墻結(jié)構(gòu)墻體較多，不容易布置面積較大的房間，為了滿足旅館布置門廳、餐廳、會議室等大面積公共用房的要求，以及在住宅樓底層布置商店和公共設(shè)施的要求，可以將部分底層或部分層取消剪力墻代之以框架，形成框支剪力墻結(jié)構(gòu)。

在框支剪力墻中，底層柱的剛度小，形成上下剛度突變，在地震作用下底層柱會產(chǎn)生很大內(nèi)力及塑性變形，因此，在地震區(qū)不允許采用這種框支剪力墻結(jié)構(gòu)。

3.框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系。在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻，可以組成框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)既有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、使用方便的特點，又有較大的剛度和較強(qiáng)的抗震能力，因而廣泛地應(yīng)用于高層建筑中的辦公樓和旅館。

4.筒體結(jié)構(gòu)體系。隨著建筑層數(shù)、高度的增長和抗震設(shè)防要求的提高，以平面工作狀態(tài)的框架、剪力墻來組成高層建筑結(jié)構(gòu)體系，往往不能滿足要求。這時可以由剪力墻構(gòu)成空間薄壁筒體，成為豎向懸臂箱形梁，加密柱子，以增強(qiáng)梁的剛度，也可以形成空間整體受力的框筒，由一個或多個筒體為主抵抗水平力的結(jié)構(gòu)稱為筒體結(jié)構(gòu)。通常筒體結(jié)構(gòu)有：

（1）框架—筒體結(jié)構(gòu)。中央布置剪力墻薄壁筒，由它受大部分水平力，周邊布置大柱距的普通框架，這種結(jié)構(gòu)受力特點類似框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，目前南寧市的地王大廈也用這種結(jié)構(gòu)。

（2）筒中筒結(jié)構(gòu)。筒中筒結(jié)構(gòu)由內(nèi)、外兩個筒體組合而成，內(nèi)筒為剪力墻薄壁筒，外筒為密柱（通常柱距不大于3米）組成的框筒。由于外柱很密，梁剛度很大，門密洞口面積小（一般不大于墻體面積50%），因而框筒工作不同于普通平面框架，而有很好的空間整體作用，類似一個多孔的豎向箱形梁，有很好的抗風(fēng)和抗震性能。目前國內(nèi)最高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)如上海金茂大廈（88層、420.5米）、廣州中天廣場大廈（80層、320米）都是采用筒中筒結(jié)構(gòu)。

（3）成束筒結(jié)構(gòu)。在平面內(nèi)設(shè)置多個剪力墻薄壁筒體，每個筒體都比較小，這種結(jié)構(gòu)多用于平面形狀復(fù)雜的建筑中。

（4）巨型結(jié)構(gòu)體系。巨型結(jié)構(gòu)是由若干個巨柱（通常由電梯井或大面積實體柱組成）以及巨梁（每隔幾層或十幾個樓層設(shè)一道，梁截面一般占一至二層樓高度）組成一級巨型框架，承受主要水平力和豎向荷載，其余的樓面梁、柱組成二級結(jié)構(gòu)，它只是將樓面荷載傳遞到第一級框架結(jié)構(gòu)上去。這種結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu)梁柱截面較小，使建筑布置有更大的靈活性和平面空間。

除以上介紹的幾種結(jié)構(gòu)體系外，還有其他一些結(jié)構(gòu)形式，也可應(yīng)用，如薄殼、懸索、膜結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架等，不過目前應(yīng)用最廣泛的還是框架、剪力墻、框架—剪力墻和筒體等四種結(jié)構(gòu)。

［參考文獻(xiàn)］

［1］GB50011－2001建筑抗震設(shè)計規(guī)范.

［2］GB50010－2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范.

篇2

［論文摘要］文章分析高層建筑結(jié)構(gòu)的六個特點，并介紹目前國內(nèi)高層建筑的四大結(jié)構(gòu)體系：框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)。

我國改革開放以來，建筑業(yè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，近十幾年我國已建成高層建筑萬棟，建筑面積達(dá)到2億平方米，其中具有代表性的建筑如深圳地王大廈81層，高325米；廣州中天廣場80層，高322米；上海金茂大廈88層，高420.5米。另外在南寧市也建起第一高樓：地王國際商會中心即地王大廈共54層，高206.3米。隨著城市化進(jìn)程加速發(fā)展，全國各地的高層建筑不斷涌現(xiàn)，作為土建工作設(shè)計人員，必須充分了解高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點及其結(jié)構(gòu)體系，只有這樣才能使設(shè)計達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量的基本原則。

一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與低層、多層建筑結(jié)構(gòu)相比較，結(jié)構(gòu)專業(yè)在各專業(yè)中占有更重要的位置，不同結(jié)構(gòu)體系的選擇，直接關(guān)系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機(jī)電管道的設(shè)置、施工技術(shù)的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點有：

（一）水平力是設(shè)計主要因素

在低層和多層房屋結(jié)構(gòu)中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動力性的不同而有較大的變化。

（二）側(cè)移成為控指標(biāo)

與低層或多層建筑不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素。隨著建筑高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形迅速增大，與建筑高度H的4次方成正比（＝qH4/8EI）。

另外，高層建筑隨著高度的增加、輕質(zhì)高強(qiáng)材料的應(yīng)用、新的建筑形式和結(jié)構(gòu)體系的出現(xiàn)、側(cè)向位移的迅速增大，在設(shè)計中不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，還要求具有足夠的抗推剛度，使結(jié)構(gòu)在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移被控制在某一限度之內(nèi)，否則會產(chǎn)生以下情況：

1.因側(cè)移產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力，尤其是豎向構(gòu)件，當(dāng)側(cè)向位移增大時，偏心加劇，當(dāng)產(chǎn)生的附加內(nèi)力值超過一定數(shù)值時，將會導(dǎo)致房屋側(cè)塌。

2.使居住人員感到不適或驚慌。

3.使填充墻或建筑裝飾開裂或損壞，使機(jī)電設(shè)備管道損壞，使電梯軌道變型造成不能正常運(yùn)行。

4.使主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)大裂縫，甚至損壞。

（三）抗震設(shè)計要求更高

有抗震設(shè)防的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風(fēng)荷載外，還必須使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。

（四）減輕高層建筑自重比多層建筑更為重要

高層建筑減輕自重比多層建筑更有意義。從地基承載力或樁基承載力考慮，如果在同樣地基或樁基的情況下，減輕房屋自重意昧著不增加基礎(chǔ)造價和處理措施，可以多建層數(shù)，這在軟弱土層有突出的經(jīng)濟(jì)效益。

地震效應(yīng)與建筑的重量成正比，減輕房屋自重是提高結(jié)構(gòu)抗震能力的有效辦法。高層建筑重量大了，不僅作用于結(jié)構(gòu)上的地震剪力大，還由于重心高地震作用傾覆力矩大，對豎向構(gòu)件產(chǎn)生很大的附加軸力，從而造成附加彎矩更大。

（五）軸向變形不容忽視

采用框架體系和框架——剪力墻體系的高層建筑中，框架中柱的軸壓應(yīng)力往往大于邊柱的軸壓應(yīng)力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當(dāng)房屋很高時，此種軸向變形的差異將會達(dá)到較大的數(shù)值，其后果相當(dāng)于連續(xù)梁中間支座沉陷，從而使連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩值增大。

（六）概念設(shè)計與理論計算同樣重要

抗震設(shè)計可以分為計算設(shè)計和概念設(shè)計兩部分。高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計計算是在一定的假想條件下進(jìn)行的，盡管分析手段不斷提高，分析的原則不斷完善，但由于地震作用的復(fù)雜性和不確定性，地基土影響的復(fù)雜性和結(jié)構(gòu)體系本身的復(fù)雜性，可能導(dǎo)致理論分析計算和實際情況相差數(shù)倍之多，尤其是當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段之后，會出現(xiàn)構(gòu)件局部開裂甚至破壞，這時結(jié)構(gòu)已很難用常規(guī)的計算原理去進(jìn)行分析。實踐表明，在設(shè)計中把握好高層建筑的概念設(shè)計也是很重要的。

二、高層建筑的結(jié)構(gòu)體系

（一）高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

1.鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)與建筑、設(shè)備和施工密切配合，做到安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，并積極采用新技術(shù)、新工藝和新材料。

2.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)重視結(jié)構(gòu)選型和構(gòu)造，擇優(yōu)選擇抗震及抗風(fēng)性能好而經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系與平、立面布置方案，并注意加強(qiáng)構(gòu)造連接。在抗震設(shè)計中，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)整體抗震性能，使整個結(jié)構(gòu)有足夠的承載力、剛度和延性。

（二）高層建筑結(jié)構(gòu)體系及適用范圍

目前國內(nèi)的高層建筑基本上采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)體系有：框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等。

1.框架結(jié)構(gòu)體系。框架結(jié)構(gòu)體系是由樓板、梁、柱及基礎(chǔ)四種承重構(gòu)件組成。由梁、柱、基礎(chǔ)構(gòu)成平面框架，它是主要承重結(jié)構(gòu)，各平面框架再由連系梁連系起來，即形成一個空間結(jié)構(gòu)體系，它是高層建筑中常用的結(jié)構(gòu)形式之一。

框架結(jié)構(gòu)體系優(yōu)點是：建筑平面布置靈活，能獲得大空間，建筑立面也容易處理，結(jié)構(gòu)自重輕，計算理論也比較成熟，在一定高度范圍內(nèi)造價較低。

框架結(jié)構(gòu)的缺點是：框架結(jié)構(gòu)本身柔性較大，抗側(cè)力能力較差，在風(fēng)荷載作用下會產(chǎn)生較大的水平位移，在地震荷載作用下，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞比較嚴(yán)重。

框架結(jié)構(gòu)的適用范圍：框架結(jié)構(gòu)的合理層數(shù)一般是6到15層，最經(jīng)濟(jì)的層數(shù)是10層左右。由于框架結(jié)構(gòu)能提供較大的建筑空間，平面布置靈活，可適合多種工藝與使用的要求，已廣泛應(yīng)用于辦公、住宅、商店、醫(yī)院、旅館、學(xué)校及多層工業(yè)廠房和倉庫中。

2.剪力墻結(jié)構(gòu)體系。在高層建筑中為了提高房屋結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度，在其中設(shè)置的鋼筋混凝土墻體稱為“剪力墻”，剪力墻的主要作用在于提高整個房屋的抗剪強(qiáng)度和剛度，墻體同時也作為維護(hù)及房間分格構(gòu)件。 轉(zhuǎn)貼于

剪力墻結(jié)構(gòu)中，由鋼筋混凝土墻體承受全部水平和豎向荷載，剪力墻沿橫向縱向正交布置或沿多軸線斜交布置，它剛度大，空間整體性好，用鋼量省。歷史地震中，剪力墻結(jié)構(gòu)表現(xiàn)了良好的抗震性能，震害較少發(fā)生，而且程度也較輕微，在住宅和旅館客房中采用剪力墻結(jié)構(gòu)可以較好地適應(yīng)墻體較多、房間面積不太大的特點，而且可以使房間不露梁柱，整齊美觀。

剪力墻結(jié)構(gòu)墻體較多，不容易布置面積較大的房間，為了滿足旅館布置門廳、餐廳、會議室等大面積公共用房的要求，以及在住宅樓底層布置商店和公共設(shè)施的要求，可以將部分底層或部分層取消剪力墻代之以框架，形成框支剪力墻結(jié)構(gòu)。

在框支剪力墻中，底層柱的剛度小，形成上下剛度突變，在地震作用下底層柱會產(chǎn)生很大內(nèi)力及塑性變形，因此，在地震區(qū)不允許采用這種框支剪力墻結(jié)構(gòu)。

3.框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系。在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻，可以組成框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)既有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、使用方便的特點，又有較大的剛度和較強(qiáng)的抗震能力，因而廣泛地應(yīng)用于高層建筑中的辦公樓和旅館。

4.筒體結(jié)構(gòu)體系。隨著建筑層數(shù)、高度的增長和抗震設(shè)防要求的提高，以平面工作狀態(tài)的框架、剪力墻來組成高層建筑結(jié)構(gòu)體系，往往不能滿足要求。這時可以由剪力墻構(gòu)成空間薄壁筒體，成為豎向懸臂箱形梁，加密柱子，以增強(qiáng)梁的剛度，也可以形成空間整體受力的框筒，由一個或多個筒體為主抵抗水平力的結(jié)構(gòu)稱為筒體結(jié)構(gòu)。通常筒體結(jié)構(gòu)有：

（1）框架—筒體結(jié)構(gòu)。中央布置剪力墻薄壁筒，由它受大部分水平力，周邊布置大柱距的普通框架，這種結(jié)構(gòu)受力特點類似框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，目前南寧市的地王大廈也用這種結(jié)構(gòu)。

（2）筒中筒結(jié)構(gòu)。筒中筒結(jié)構(gòu)由內(nèi)、外兩個筒體組合而成，內(nèi)筒為剪力墻薄壁筒，外筒為密柱（通常柱距不大于3米）組成的框筒。由于外柱很密，梁剛度很大，門密洞口面積?。ㄒ话悴淮笥趬w面積50%），因而框筒工作不同于普通平面框架，而有很好的空間整體作用，類似一個多孔的豎向箱形梁，有很好的抗風(fēng)和抗震性能。目前國內(nèi)最高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)如上海金茂大廈（88層、420.5米）、廣州中天廣場大廈（80層、320米）都是采用筒中筒結(jié)構(gòu)。

（3）成束筒結(jié)構(gòu)。在平面內(nèi)設(shè)置多個剪力墻薄壁筒體，每個筒體都比較小，這種結(jié)構(gòu)多用于平面形狀復(fù)雜的建筑中。

（4）巨型結(jié)構(gòu)體系。巨型結(jié)構(gòu)是由若干個巨柱（通常由電梯井或大面積實體柱組成）以及巨梁（每隔幾層或十幾個樓層設(shè)一道，梁截面一般占一至二層樓高度）組成一級巨型框架，承受主要水平力和豎向荷載，其余的樓面梁、柱組成二級結(jié)構(gòu)，它只是將樓面荷載傳遞到第一級框架結(jié)構(gòu)上去。這種結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu)梁柱截面較小，使建筑布置有更大的靈活性和平面空間。

除以上介紹的幾種結(jié)構(gòu)體系外，還有其他一些結(jié)構(gòu)形式，也可應(yīng)用，如薄殼、懸索、膜結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架等，不過目前應(yīng)用最廣泛的還是框架、剪力墻、框架—剪力墻和筒體等四種結(jié)構(gòu)。

［參考文獻(xiàn)］

［1］GB50011－2001建筑抗震設(shè)計規(guī)范.

［2］GB50010－2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范.

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關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)；設(shè)計

Abstract: The article will combine with years of practical experience; engineering design and construction of high-rise buildings are analyzed and discussed, for reference. Key words: high-rise buildings; structure; design

自十九世紀(jì)至今，高層建筑已逐步成為了建筑工程施工領(lǐng)域的主流趨勢，特別是我國近年來隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，以及城市化規(guī)模的不斷壯大，高層建筑已在各行政區(qū)域內(nèi)隨處可見，并成為了一個城市發(fā)展水平的標(biāo)志性參考準(zhǔn)則。高層建筑工程的快速發(fā)展，不僅促進(jìn)了城市化發(fā)展速度的加快，更促進(jìn)了建筑工程技術(shù)領(lǐng)域的不斷革新，隨著國家和人們對于高層建筑的工程質(zhì)量、施工標(biāo)準(zhǔn)、作業(yè)環(huán)境等的要求不斷提升，高層建筑工程施工也面臨了眾多的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。下面本文將以一定的建筑實例為例，從高層建筑的建筑設(shè)計結(jié)構(gòu)特點和剪力墻的設(shè)計兩面進(jìn)行簡單的論述。

1 高層建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點分析

高層建筑工程能否順利的實施建設(shè)、其各項建設(shè)項目能否達(dá)到最優(yōu)化的配置、各項建筑指標(biāo)是否符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等的關(guān)鍵都在于高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計階段。作為重要的階段性環(huán)節(jié)，為保證設(shè)計的合理性，在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段需對結(jié)構(gòu)的延性、水平荷載、建筑物的側(cè)移、軸向變形等因素進(jìn)行綜合性考慮。

在對水平荷載因素進(jìn)行分析設(shè)計時應(yīng)注意以下兩方面影響性因素：第一，一般而言在高度一定的建筑住宅工程的設(shè)計時，其豎向荷載值基本上為定制，當(dāng)風(fēng)荷載和地震作用作為其目標(biāo)時，其荷載值將隨著結(jié)構(gòu)動力特性的變化而進(jìn)行大幅度的變化；第二，因樓房自重與樓面的使用荷載的共同作用所形成的豎構(gòu)件中的軸力、彎矩的數(shù)值與樓煩高度成正比；當(dāng)水平荷載因?qū)Y(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生傾覆力矩而引起的豎構(gòu)件中的軸力，則是與樓房高度的二次方成正比。

對于高層建筑的軸向變形，主要考慮構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生較大的影響，與考慮構(gòu)件豎向變形相比較，會得出偏于不安全的結(jié)果。另外對于豎向荷載數(shù)值較大，能夠在柱中引起較大軸向變形，從而對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生較大影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大，還會對預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生較大的影響，根據(jù)軸向變形計算值，對下料的長度進(jìn)行調(diào)整。

關(guān)于高層結(jié)構(gòu)還需要考慮建筑會出現(xiàn)的側(cè)移現(xiàn)象，因為隨著樓房高度的不斷增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度內(nèi)。與較低的樓房不同的是，結(jié)構(gòu)側(cè)移已經(jīng)成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素。所以還需要了解結(jié)構(gòu)的延性，為了使得建筑物牢固、可靠，具有很強(qiáng)的變形能力不會出現(xiàn)樓體倒塌等嚴(yán)重事故，就需要注意結(jié)構(gòu)的延性。因為結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后依然具有比較強(qiáng)的變形能力這就必須在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?，以確保建筑結(jié)構(gòu)具有足夠的延性能力。相對較低的樓房，高樓結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形更大。

2 高層結(jié)構(gòu)的剪力墻

很多人只看到高層建筑物，但還不明白其構(gòu)造原理。現(xiàn)今的高層建筑，很多都是剪力墻構(gòu)造的。那么什么是剪力墻呢？它有什么樣的結(jié)構(gòu)效能呢？一般建筑物中的豎向承重構(gòu)件都是由墻體承擔(dān)的，這種墻體既要承擔(dān)水平構(gòu)件傳來的豎向重力，還要承擔(dān)風(fēng)力或地震作用傳來的水平方向的地震作用力。剪力墻由此而生，這種墻體除了最基本的能避風(fēng)避雨外，還能抗震。高層的剪力墻是建筑物的分隔墻和圍護(hù)墻，在設(shè)計墻體的時候，要考慮平面布置和結(jié)構(gòu)布置兩方面的因素，需要同時滿足這兩方面的要求。高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)體系要求有很好的承載能力，并且要具有較好的整體性和空間性能，相對框架結(jié)構(gòu)而言，剪力墻要有較好的抗側(cè)能力，那么對于高層建筑就需要選用剪力墻結(jié)構(gòu)。高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)點有側(cè)向剛度大，在水平荷載作用下側(cè)移小，但是其缺點是剪力墻的間距有一定限制，建筑平面布置不是很靈活，不適合要求大空間的公共建筑，另外結(jié)構(gòu)自重也較大，靈活性相對而言比較差。一般適用住宅、公寓和旅館。剪力墻結(jié)構(gòu)的樓蓋結(jié)構(gòu)一般采用平板，可以不設(shè)梁，所以空間利用比較好，可以節(jié)約一些高層建筑的成本。剪力墻所承受的豎向荷載，一般是結(jié)構(gòu)自重和樓面荷載，通過樓面?zhèn)鬟f到剪力墻。豎向荷載除了在連梁（門窗洞口上的梁）內(nèi)產(chǎn)生彎矩以外，在墻肢內(nèi)主要產(chǎn)生軸力?？梢园凑占袅Φ氖芎擅娣e簡單計算?？蚣芙Y(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)，兩種結(jié)構(gòu)體系在水平荷載下的變形規(guī)律是完全不相同的?？蚣艿膫?cè)移曲線是剪切型，曲線凹向原始位置；而剪力墻的側(cè)移曲線是彎曲型，曲線凸向原始位置。在框架-剪力墻（以下簡稱框－剪）結(jié)構(gòu)中，由于樓蓋在自身平面內(nèi)剛度很大，在同一高度處框架、剪力墻的側(cè)移基本相同。這使得框-剪結(jié)構(gòu)的側(cè)移曲線既不是剪切型，也不是彎曲型，而是一種彎、剪混合型，簡稱彎剪型。假設(shè)有向右的水平力作用與結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)底部，框架將把剪力墻向右拉；在結(jié)構(gòu)頂部，框架將把剪力墻向左推。因而，框-剪結(jié)構(gòu)底部側(cè)移比純框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移要小一些，比純剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)移要大一些；其頂部側(cè)移則正好相反。框架和剪力墻在共同承擔(dān)外部荷載的同時，二者之間為保持變形協(xié)調(diào)還存在著相互作用?？蚣芎图袅χg的這種相互作用關(guān)系，即為協(xié)同工作原理。

3 現(xiàn)實中高層建筑剪力墻設(shè)計的實例

高層剪力墻要考慮建筑物的布置、配筋結(jié)構(gòu)、墻體鋼筋配置、邊緣構(gòu)件的設(shè)置和合理的配筋因素，這些都是高層建筑中需要認(rèn)真考慮的環(huán)節(jié)。對于高層建筑的剪力墻其布置要合理勻稱，要求其整個建筑物的剛心和質(zhì)心重合，至少要趨于重合，并且其水平方向的兩個軸的剛重要比較接近。

關(guān)于高層建筑中剪力墻的布置必須均勻合理，使整個建筑物的質(zhì)心和剛心趨于重合，且水平方向兩個軸的兩向的剛重比的值是比較接近的。我們設(shè)置一棟高層建筑時候，其結(jié)構(gòu)布置必須要避免出現(xiàn)一字型的剪力墻，因為那樣的墻抗震效果不理想，同時也注意不要出現(xiàn)長墻，長墻也不利抗震效果。應(yīng)該避免樓面的主梁平面外擱置在剪力墻上，如果無法避免則需要將剪力墻的適當(dāng)部位設(shè)置成暗柱，當(dāng)梁的高度大于墻體的厚度的 2.5 倍時，就必須計算暗柱的配筋參數(shù)，由于高層建筑物的轉(zhuǎn)角處應(yīng)力比較集中，如果可以的話兩個方向都要布置成長墻，所以高層建筑物的轉(zhuǎn)角處的墻肢應(yīng)該盡可能的長。

對于墻體的配筋，結(jié)構(gòu)要設(shè)置得合理才能控制剪力墻的配筋，這么做可以節(jié)約建筑成本，且安全耐用。高層建筑剪力墻的墻體配筋，一般要求水平鋼筋放在外側(cè)，豎向鋼筋放在內(nèi)側(cè)，這樣便于施工。同時其配筋要能滿足計算和規(guī)范建議的最小配筋率要求。對于剪力墻體的邊緣構(gòu)件，要求對于一、二級的抗震設(shè)計的剪力墻底部加強(qiáng)部位及其上一層的墻肢端部應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。對于普通的剪力墻，其暗柱配筋滿足規(guī)范要求的最小配筋率，為了能保證質(zhì)量和安全，根據(jù)個人經(jīng)驗建議對于加強(qiáng)區(qū)應(yīng)該加強(qiáng)0.7%，而一般的部位應(yīng)該加強(qiáng)0.5%。但是，對于短肢的剪力墻，控制配筋率加強(qiáng)區(qū)應(yīng)該加強(qiáng) 1.2%，其一般部位應(yīng)該加強(qiáng) 1.0%。特別注意，對于小墻肢其受力性能較差，應(yīng)嚴(yán)格按高規(guī)控制其軸壓比，宜按框架柱進(jìn)行截面設(shè)計，并應(yīng)控制其縱向鋼筋配筋率加強(qiáng)區(qū)應(yīng)該加強(qiáng)1.2%，一般部位應(yīng)該加強(qiáng)1.0%；而對于一個方向長肢另一方向短肢的墻體，設(shè)計中往往就按長肢墻進(jìn)行暗柱配筋。

參考文獻(xiàn)

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【關(guān)鍵詞】建筑工程；結(jié)構(gòu)特點；設(shè)計措施

一、高層建筑結(jié)構(gòu)體系的特點

地震時建筑物的破壞程度，主要取決于主體結(jié)構(gòu)變形的大小，因此建筑結(jié)構(gòu)的變形計算與控制在抗震設(shè)計中起著越來越重要的作用。目前，世界上多數(shù)國家的抗震規(guī)范都明確提出了控制結(jié)構(gòu)變形的要求，有的還提出了基于位移的抗震設(shè)計方法，我國的抗震規(guī)范提出了抗震設(shè)防三個水準(zhǔn)的要求，采用二階段設(shè)計方法來實現(xiàn)，即：在多遇地震作用下，建筑主體結(jié)構(gòu)不受損壞，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件沒有過重破壞，保證建筑的正常使用功能的彈性變形驗算；在罕遇地震作用下防止結(jié)構(gòu)倒塌的彈塑性變形驗算。由于結(jié)構(gòu)受到的地震作用與結(jié)構(gòu)自身的重量及剛度有關(guān)，而結(jié)構(gòu)的變形也與其剛度有關(guān)，所以，研究不同結(jié)構(gòu)體系的剛度特征和變形特點，有助于我們選擇更加合理可靠的結(jié)構(gòu)形式，更好地滿足抗震設(shè)計的要求。

一般的建筑結(jié)構(gòu)，在整體上都可以視為一個嵌固在地基上的懸臂柱，但選用不同類型的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)具有不同的變形性質(zhì)，通常采用的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系有：框架體系、框架一剪力墻、剪力墻體系及筒體體系等。

二、高層建筑的結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)架

一是框架結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)由梁、柱構(gòu)件通過節(jié)點連接而成，平面布置靈活，容易形成大空間，全現(xiàn)澆時，房屋的整體性強(qiáng)，延性較好，施工方便，承受豎向荷載能力較強(qiáng)；缺點是側(cè)向剛度小，在水平荷載作用下側(cè)向變形大，承受水平地震作用的能力較弱，因而建造高度受到限制"其側(cè)移曲線表現(xiàn)為剪切型，層間位移下大上小，層間最大位移角出現(xiàn)在下部樓層。

二是剪力墻結(jié)構(gòu)。承受建筑物豎向和水平荷載的主體結(jié)構(gòu)全部為剪力墻時，即形成剪力墻結(jié)構(gòu)體系"這種結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度大，空間整體性好，在水平荷載作用下側(cè)向變形小，側(cè)移曲線表現(xiàn)為彎曲型，層間位移下小上大，層間最大位移角出現(xiàn)在中上部樓層，地震時非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破損小，高層建筑中當(dāng)剪力墻的高寬比較大時，相當(dāng)于一個以受彎為主的豎向懸臂構(gòu)件，經(jīng)合理設(shè)計，可控制剪力墻的最終破壞以受彎破壞為主，延性較好"其缺點是平面布置不靈活，不容易滿足公共建筑等使用大空間的要求，結(jié)構(gòu)自重大，地震作用大，造價較高。

三是框架一剪力墻結(jié)構(gòu)。如上所述，框架結(jié)構(gòu)體系具有空間大！平面布置靈活！立面處理豐富等優(yōu)點，但側(cè)向剛度差，抵抗水平荷載能力低"剪力墻結(jié)構(gòu)體系則相反，抗側(cè)力強(qiáng)度和剛度均很大，但平面布置欠靈活，不適應(yīng)大空間的要求"因此把兩種結(jié)構(gòu)體系結(jié)合起來，在同一結(jié)構(gòu)單元中同時采用框架和剪力墻結(jié)構(gòu)，共同承受豎向和水平荷載，如框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系"在這種結(jié)構(gòu)體系中框架和剪力墻共同承擔(dān)風(fēng)荷載和水平地震力的作用，由于框架與剪力墻在水平荷載作用下的受力和變形性能各異，必須通過各層樓板或連梁使它們變形協(xié)調(diào)一致，達(dá)到框架與剪力墻的協(xié)同工作"當(dāng)剪力墻單獨承受水平荷載時，其側(cè)移曲線為彎曲型，頂部側(cè)移增長迅速，層間相對位移上大下小，而框架結(jié)構(gòu)側(cè)移曲線為剪切。底部側(cè)移增長迅速，層間相對位移下大上小"兩者通過各層樓板連在一起使側(cè)移一致，則側(cè)移曲線為介于彎曲型和剪切型之間的某一曲線一彎剪型"，在下部層間位移小的剪力墻對框架施加跟荷載方向相反的力，給框架支持；在上部則反過來，層間位移小的框架對剪力墻施加跟荷載方向相反的力，給剪力墻以支持，這種協(xié)同工作結(jié)果，使框架下部和剪力墻上部的層間相對位移均相應(yīng)地減小，從而降低了整個結(jié)構(gòu)體系的層間相對位移和頂端位移，提高了建筑物的側(cè)向剛度。

四是筒體結(jié)構(gòu)體系。利用電梯井、樓梯間和管道井等四周的墻體圍成筒狀，便形成實腹筒體。實腹筒體具有很好的抗彎、抗剪和抗扭剛度，它可以單個或幾個筒體來抵抗整個結(jié)構(gòu)單元的水平荷載，也可以和其它的結(jié)構(gòu)體系共同組成抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，當(dāng)圍成筒體的四周墻體在各層都開有規(guī)則布置的門窗洞時，便形成空腹筒體，又稱框架筒體，簡稱框筒，通常是利用建筑物的周邊布置密排柱，以及上、下層窗洞間的窗裙梁（深梁）所形成的密集空間網(wǎng)格組成的筒體，框筒結(jié)構(gòu)承載水平荷載時的工作形態(tài)，從整體來看，跟實腹筒相似，但由于框筒的筒壁是網(wǎng)格式的結(jié)構(gòu)，剪力滯后現(xiàn)象嚴(yán)重，分析內(nèi)力時必須計及"當(dāng)建筑物高度更高，剛度要求更大，并要求有較大的開敞空間時，可采用筒中筒結(jié)構(gòu)"這種體系通常由建筑物周邊所圍成的外框筒，以及實腹筒的內(nèi)核組成，內(nèi)、外筒之間由平面內(nèi)剛度很大的樓板連接，迫使外框筒和實腹內(nèi)筒協(xié)同工作，形成一個比僅有外框筒時剛度更大的空間結(jié)構(gòu)體系。

近些年來，建筑業(yè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，城市規(guī)劃設(shè)計中的高層建筑越來越廣泛。它以其高度強(qiáng)烈地影響著規(guī)劃、設(shè)計、構(gòu)造和使用功能。就結(jié)構(gòu)特性而言，高層建筑是必須著重考慮水平荷載和豎向荷載組合影響的建筑物。設(shè)計高層建筑時，它的結(jié)構(gòu)除在上述荷載組合下的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性應(yīng)予以保證外，還必須控制由風(fēng)荷載（或地震水平作用）所產(chǎn)生的側(cè)向位移，防止由此產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)的和非結(jié)構(gòu)性材料的破壞；控制由風(fēng)荷載造成頂部樓層的加速度反應(yīng)，以使用戶對擺動的感覺和不舒適感降到最低程度。這就需要設(shè)計師從一開始就應(yīng)該以一個立體的概念設(shè)計為基礎(chǔ)。

三、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的三維層次

把房屋看成一個三維空間塊體分層次來分析，對于復(fù)雜的高層，例如多塔機(jī)構(gòu)也可以把它分成幾塊，分別研究其傾覆、剛度、承載力等問題，然后組合起來。首先，在方案階段，可以把基本設(shè)計方案概念化，建立一個符合建筑空間三維形式的結(jié)構(gòu)方案。在該階段分析總結(jié)構(gòu)體系的荷載和抗力關(guān)系、高寬比與抗傾覆、承載力和剛度，并預(yù)估基本分體系的相互關(guān)系。由于整個結(jié)構(gòu)必然是由一些平面單元組成，因此在初步設(shè)計階段。其二要擴(kuò)展方案，把那些體現(xiàn)初步設(shè)計基本要求的、主要是二維的平面體系包括進(jìn)來，進(jìn)行基本水平和豎向分體系的總體設(shè)計，從而得到主要構(gòu)件及其相互的關(guān)系。其三是施工圖設(shè)計階段，處理一維的構(gòu)件設(shè)計，具體設(shè)計所有分體系的構(gòu)件、連接和構(gòu)造詳圖，對第二階段做出的粗略決定進(jìn)行細(xì)化。

對于高層建筑結(jié)構(gòu)，可以設(shè)想成為一個從地基升起的豎向懸壁構(gòu)件，承受水平側(cè)向荷載和豎向重力荷載的作用。側(cè)向荷載是由風(fēng)吹向建筑物引起的水平壓力和水平吸力，或者是由地震時地面晃動引起的水平慣性力。重力荷載則是建筑物自身的總重力荷載。這些側(cè)向荷載和重力荷載的組合，趨向于既可能將它推倒（受彎曲），又可能將它切斷（受剪切），還可能使它的地基發(fā)生過大的變形，使整個建筑物傾斜或滑移。對抗彎曲而言，結(jié)構(gòu)體系要做到不使建筑物發(fā)生傾覆，其支撐體系的構(gòu)件不致被壓碎、壓屈或拉斷，其彎曲側(cè)移不超過彈性可恢復(fù)極限；對抗剪切來說，結(jié)構(gòu)體系要做到不使建筑物被剪斷，其剪切側(cè)移不超過彈性可恢復(fù)極限；對地基和基礎(chǔ)來說，結(jié)構(gòu)體系的各支撐點之間不應(yīng)發(fā)生過大的不均勻變形，地基和地下結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受側(cè)向荷載引起的水平剪力，并不引起水平滑移。由于風(fēng)力和水平地震作用力對于高層建筑是動荷載，使建筑結(jié)構(gòu)抗彎曲和抗剪切時都處于運(yùn)動狀態(tài)，就會導(dǎo)致建筑物中的人有震動的感覺，使人有不舒服感。如果建筑物晃動得太厲害，還會使非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如玻璃窗、隔墻、裝飾物等）斷裂，甚至危及屋外行人的安全。所以，高層建筑結(jié)構(gòu)要避免過大的震動。

參考文獻(xiàn)：

[1]王敏等，組合剪力墻的抗震研究與發(fā)展[J]；地震工程與工程振動；2007年05期

[2]林樹枝，超限高層建筑抗震設(shè)計及抗震審查[J]；福建建筑；2005年Z1期

[3]施金平等，高層建筑中高位箱形轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計[J]；工程抗震與加固改造；2005年06期

篇5

【關(guān)鍵詞】:高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；選型；結(jié)構(gòu)體系；水平載荷

中圖分類號：TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-8809（2010）05-0017-01

20世紀(jì)的最后20年，改革開放之后的中國隨著綜合國力的提高，新建了大批的高層建筑。但是目前我國內(nèi)地高層建筑中，仍以高層住宅（12～30層）占主體，約占全部高層建筑的80%，所以鋼筋混凝土高層建筑仍是具有很強(qiáng)的優(yōu)勢。本文就高層建筑的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計特點進(jìn)行分析，總結(jié)了高層建筑的結(jié)構(gòu)體系類型，最后并分析了抗震設(shè)計在高層建筑中的應(yīng)用。

一、結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計特點

（一）水平載荷成為決定因素

任何一個建筑結(jié)構(gòu)都要同時承受垂直荷載和風(fēng)產(chǎn)生的水平荷載，還要具有抵抗地震作用的能力。在較低樓房中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計，水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力和位移很小，對結(jié)構(gòu)的影響也就較?。坏谳^高樓房中盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生著重要影響，水平荷載卻起著決定性的作用。隨著樓房層數(shù)的增多，水平荷載愈益成為結(jié)構(gòu)設(shè)計中的控制因素。一方面，因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎構(gòu)件中所引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面對某一高度樓房來說，豎向荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化。

（二）軸向變形不容忽視

通常在低層建筑結(jié)構(gòu)分析中，只考慮彎矩項，因為軸力項影響很小，而剪切項一般可不考慮。但對于高層建筑結(jié)構(gòu)，情況就不同了。由于層數(shù)多，高度大，軸力值很大，再加上沿高度積累的軸向變形顯著，軸向變形會使高層建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力數(shù)值與分布產(chǎn)生顯著的改變。對連續(xù)梁彎矩的影響：采用框架體系和框－墻體系的高樓中，框架中柱的軸壓應(yīng)力往往大于邊柱的軸壓應(yīng)力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當(dāng)房屋很高時，此種差異軸向變形將會達(dá)到較大的數(shù)值，其后果相當(dāng)于連續(xù)梁的中間支座產(chǎn)生沉陷，從而使連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩增大。

（三）側(cè)移成為控制指標(biāo)

與低層建筑不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素，隨著樓層的增加，水平荷載作用下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形迅速增大。設(shè)計高層結(jié)構(gòu)時，不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，能夠可靠地承受風(fēng)荷載作用產(chǎn)生的內(nèi)力；還要求具有足夠的抗側(cè)剛度，使結(jié)構(gòu)在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移被控制在某一限度之內(nèi)，保證良好的居住和工作條件。

二、高層家住結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)

當(dāng)框架體系的強(qiáng)度和剛度不能滿足要求時，往往需要在建筑平面的適當(dāng)位置設(shè)置較大的剪力墻來代替部分框架，便形成了框架―剪力墻體系。在承受水平力時，框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。在體系中框架體系主要承受垂直荷載，剪力墻主要承受水平荷載。框架―剪力墻體系的位移曲線呈彎剪型。

當(dāng)受力主體結(jié)構(gòu)全部由平面剪力墻構(gòu)件組成時，即形成剪力墻體系。在剪力墻體系中，單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻體系屬剛性結(jié)構(gòu)其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強(qiáng)度和剛度都比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強(qiáng)，是一種良好的結(jié)構(gòu)體系，能建高度大于框架或框架―剪力墻體系。

三、高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計方法

高層建筑結(jié)構(gòu)是由豎向抗側(cè)力構(gòu)件（框架、剪力墻、筒體等）通過水平樓板連接構(gòu)成的大型空間結(jié)構(gòu)體系。要完全精確地按照三維空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析是十分困難的。各種實用的分析方法都需要對計算模型引入不同程度的簡化。

四、抗震分析與設(shè)計在高層建筑的應(yīng)用

在罕遇地震作用下，抗震結(jié)構(gòu)都會部分進(jìn)入塑性狀態(tài)。為了滿足大震作用下結(jié)構(gòu)的功能要求，有必要研究和計算結(jié)構(gòu)的彈塑性變形能力。當(dāng)前國內(nèi)外抗震設(shè)計的發(fā)展趨勢，是根據(jù)對結(jié)構(gòu)在不同超越概率水平的地震作用下的性能或變形要求進(jìn)行設(shè)計，結(jié)構(gòu)彈塑性分析成為抗震設(shè)計的必要的組成部分。我國現(xiàn)行抗震規(guī)范（GB50011-2001）要求高層建筑的抗震計算主要是在多遇地震作用下（小震），按反應(yīng)譜理論計算地震作用，用彈性方法計算內(nèi)力及位移。對于重要建筑或有特殊要求時，要用時程分析法補(bǔ)充計算，并進(jìn)行罕遇地震作用下（大震）的變形驗算。

在我國高層建筑的抗震分析與設(shè)計中常見的問題有以下幾種：首先是高度問題，對于超高限建筑物，應(yīng)當(dāng)采取科學(xué)謹(jǐn)慎的態(tài)度。因為在地震力作用下，超高限建筑物的變形破壞性態(tài)會發(fā)生很大的變化，隨著建筑物高度的增加，許多影響因素將發(fā)生質(zhì)變，即有些參數(shù)本身超出了現(xiàn)有規(guī)范的適宜范圍，如安全指標(biāo)、延性要求、材料性能、荷載取值、力學(xué)模型選取等。其次是材料選用和結(jié)構(gòu)體系的問題，在高層建筑中，我國150m以上的建筑，采用的三種主要結(jié)構(gòu)體系（框－筒、筒中筒和框架－支撐），這些也是其他國家高層建筑采用的主要體系。但國外特別在地震區(qū)，是以鋼結(jié)構(gòu)為主，而在我國鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)占了90%。如此高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)，國內(nèi)外都還沒有經(jīng)受較大地震作用的考驗。根據(jù)現(xiàn)在我國建筑鋼材的類型、品種和鋼結(jié)構(gòu)的加工制造能力，建議盡可能采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土（柱）結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，以減小柱斷面尺寸，并改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。第三是軸壓比與短柱問題，在鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)中，往往為了控制柱的軸壓比而使柱的截面很大，而柱的縱向鋼筋卻為構(gòu)造配筋。

五、結(jié)語

結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項集結(jié)構(gòu)分析，數(shù)學(xué)優(yōu)化方法以及計算機(jī)技術(shù)于一體的綜合性技術(shù)工作，是一項對國家建設(shè)有重大意義的工作，同時，亦是一門實用性很強(qiáng)的工作。本文就高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計的各個方面進(jìn)行分析，一起有助于提高結(jié)構(gòu)工程師在建筑空間中的設(shè)計能力，特別是在處理高層建筑方面的問題上。

參考文獻(xiàn)

[1]肖峻．高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計[J]．中化建設(shè)，2008，（12）．

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關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；方法判斷

Abstract：with the rapid development of China's economy and society, the improvement of people's living standard, the number of high-rise buildings is increasing, functioning of the high-rise building more and more, according to the characteristics of the high-rise building structure design are analyzed and discussed, has reached and improve the accuracy and efficiency of the structure design of the acceleration.

Key words： high-rise building; structure design; judging method

中圖分類號：TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：

在設(shè)計前期，通過建筑師與結(jié)構(gòu)工程師的密切配合，正確運(yùn)用結(jié)構(gòu)概念設(shè)計理論，優(yōu)選結(jié)構(gòu)體系，并進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)布置，可以初步得出一個性能良好、造價經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)方案，為后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計打好基礎(chǔ)。然而，初步設(shè)計方案的優(yōu)劣還需通過對分析軟件的計算結(jié)果進(jìn)行研究和判斷，來確定結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理，以及是否需要進(jìn)一步優(yōu)化。

一、常用高層建筑結(jié)構(gòu)體系受力特點分析比較

(一)框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)體系它是由基礎(chǔ)、樓板、柱、梁這4 種承重構(gòu)件所組成的?；A(chǔ)、柱和梁一起構(gòu)成平面框架是主要的承重結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)建筑平面布置靈活，可形成較大的建筑空間，建筑立面處理也較方便；整體性、抗震性能好，具有較好的塑性變形能力。但是，框架結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度小，當(dāng)層數(shù)過多時，會產(chǎn)生過大的側(cè)移，從而限制了框架結(jié)構(gòu)的建造高度。

(二)框架——剪力墻結(jié)構(gòu)

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中通常采用的是框架——剪力墻結(jié)構(gòu)體系，即把框架和剪力墻兩種結(jié)構(gòu)共同組合在一起形成的結(jié)構(gòu)體系，豎向荷載由框架和剪力墻等豎向承重單體共同承擔(dān)，水平荷載則主要由剪力墻這一具有較大剛度的抗側(cè)力單元來承擔(dān)。剪力墻的設(shè)置，大幅增加了高層建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度，使其水平側(cè)向位移大幅減??；同時，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作使各層層間變形趨于均勻，所以框架——剪力墻結(jié)構(gòu)體系的建筑能建高度要顯著高于框架結(jié)構(gòu)。

(三)剪力墻結(jié)構(gòu)

由墻體承受全部水平作用和豎向荷載的結(jié)構(gòu)體系稱為剪力墻結(jié)構(gòu)體系。剪力墻結(jié)構(gòu)體系屬于明顯的剛性結(jié)構(gòu)，且傳力均勻、直接。其結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度都相對較高，但同時也具有一定的延性。結(jié)構(gòu)在臺風(fēng)、地震作用等水平大荷載作用下，結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移能有效控制，具有良好的結(jié)構(gòu)整體性能，抗倒塌能力強(qiáng)，其能建高度大幅高于框架或框架——剪力墻結(jié)構(gòu)體系。

(四)筒體結(jié)構(gòu)

筒體結(jié)構(gòu)體系由筒體為主的結(jié)構(gòu)稱為筒體結(jié)構(gòu)。筒體結(jié)構(gòu)體系的高層建筑結(jié)構(gòu)具有非常大的強(qiáng)度和剛度，結(jié)構(gòu)體系中各構(gòu)件的受力分配合理，抗風(fēng)、抗震性能相對框架——剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)更強(qiáng)，往往應(yīng)用于大空間、大跨度要求的高層、超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)分析

(一)水平荷載相對于豎向荷載顯得更為重要

結(jié)構(gòu)需同時承受豎向和水平荷載，低層結(jié)構(gòu)以抵抗重力為代表的豎向荷載為主，而水平荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力、側(cè)向位移很小。對高層結(jié)構(gòu)來說，隨著建筑高度的增加，水平荷載隨建筑高度的增高迅速增大。如把建筑物視作簡單的豎向懸臂構(gòu)件，構(gòu)件中由豎向荷載產(chǎn)生的軸力與高度(H)成正比；水平作用產(chǎn)生的彎矩與高度(H)的平方成正比；水平作用產(chǎn)生的側(cè)向位移則與高度(H)的四次方成正比。對某一高度確定的建筑，結(jié)構(gòu)豎向荷載的大小基本穩(wěn)定，而水平方向上風(fēng)載和地震作用的數(shù)值大小往往會隨高層建筑結(jié)構(gòu)的動力特性不同而存在較大幅度的變化?？梢?，水平荷載對高層建筑結(jié)構(gòu)的影響大，側(cè)向位移成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要控制目標(biāo)之一。

(二)控制結(jié)構(gòu)側(cè)移是關(guān)鍵因素

與低層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計不同，高層建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)移是其結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的關(guān)鍵決定性因素。隨著建筑高度的不斷增加，水平側(cè)向荷載下的結(jié)構(gòu)側(cè)移變形會快速增大。側(cè)向位移過大將使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力，特別是對豎向構(gòu)件，附加偏心力超過一定限值時，將會引起整個結(jié)構(gòu)的倒塌破壞；同時，在風(fēng)荷載作用下，如果側(cè)向位移過大，將會引起居住者工作者的不適，在地震作用下，如果側(cè)向位移過大，更會讓人感到不安和驚慌。

(三)結(jié)構(gòu)軸向變形的影響顯著

對于高層建筑結(jié)構(gòu)，由于層數(shù)多、高度高，軸力很大，從而沿高度逐漸積累的軸向變形很顯著高層建筑結(jié)構(gòu)中，一般豎向荷載的數(shù)值較大，在柱中會引起較大范圍的軸向壓縮變形，對結(jié)構(gòu)體系中的連續(xù)梁彎矩大小產(chǎn)生顯著影響。高層建筑的軸向變形的差異會達(dá)到一個比較大的數(shù)值，從而引起跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩值增大，連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小。

(四)結(jié)構(gòu)延性的重要性

高層建筑相對于低層或是多層建筑來說結(jié)構(gòu)更柔一些，受到地震的影響后，結(jié)構(gòu)變化更大一些。所以采取恰當(dāng)?shù)拇胧┍ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性，使結(jié)構(gòu)在塑性變形階段仍然具有較強(qiáng)的變形能力。

三、高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法簡介

(一)計算分析基本假定

高層建筑結(jié)構(gòu)要完全精確地分析三維空間結(jié)構(gòu)是十分困難的。需要通過各種分析方法對計算模型進(jìn)行不同程度的簡化。以下是一些常見的假定：

1.彈性假定

目前實用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法都是使用的彈性計算方法。這一假定符合建筑結(jié)構(gòu)的工作狀況，因為在一般風(fēng)力作用下，建筑結(jié)構(gòu)一般都處于彈性工作階段。

2.小變形假定

小變形假定也是各種高層建筑結(jié)構(gòu)實用分析方法中普遍采用的基本假定。對幾何非線性問題的研究認(rèn)為：當(dāng)頂點水平位移與建筑物高度的比值大于1/500的時候，就必須重視幾何非線性問題的影響。

3.剛性樓板假定

剛性樓板假定在對高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的時候，一般假定樓板自身平面內(nèi)的剛度是無限大的，平面外的剛度則為零。這就簡化了計算方法，減少了結(jié)構(gòu)位移的自由度。

(二)高層建筑結(jié)構(gòu)受力分析方法

1.框架——剪力墻結(jié)構(gòu)的高層建筑內(nèi)力與位移的計算分析,大都采用連梁連續(xù)化假定?？捎煽蚣芙Y(jié)構(gòu)與剪力墻水平位移或轉(zhuǎn)角相等的位移協(xié)調(diào)條件,建立位移與外荷載之間關(guān)系的微分方程進(jìn)行求解。

2.剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特性與變形主要取決于墻體的開洞情況。單片剪力墻按其受力特性的不同，可分為單肢墻、小開口整體墻、聯(lián)肢墻等各種類型，不同類型的剪力墻結(jié)構(gòu)其截面應(yīng)力分布的規(guī)律也不相同，計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形位移時需采用相對應(yīng)的計算方法。

3.按照對計算模型處理的手法不同，筒體結(jié)構(gòu)的實用分析方法通?？煞譃椋旱刃нB續(xù)化法、等效離散化法和三維空間分析法。等效連續(xù)化方法的具體應(yīng)用包括有連續(xù)化微分方程求解法、有限單元法、能量法等；等效離散化方法則包括等代角柱法、核心筒的框架分析法等；相對于等效連續(xù)化方法和等效離散化方法的筒體結(jié)構(gòu)計算模型，完全按三維空間結(jié)構(gòu)建立計算模型來分析筒體結(jié)構(gòu)體系的受力性能更為精確。

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關(guān)鍵字：高層建筑 ；結(jié)構(gòu)設(shè)計 ；特點及結(jié)構(gòu)分析

引言：隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人民物質(zhì)生活水平的不斷提高，居住條件的不斷改善，高層住宅如雨后春筍一座座拔地而起。一個優(yōu)秀的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計往往是適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀便于施工的最佳結(jié)合。

1.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計有以下特點

水平荷載成為決定因素。樓房的自重和樓面的使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎曲的數(shù)值，僅與樓房的高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的二次方成正比。

軸向變形不容忽視。高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩值增大。

側(cè)移成為控制指標(biāo)。與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移成為高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而結(jié)構(gòu)水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)

結(jié)構(gòu)延性事重要設(shè)計指標(biāo)。相對于較低樓房而言，高層結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性

2.高層建筑結(jié)構(gòu)分析

2.1高層建筑結(jié)構(gòu)分析的基本假定

高層建筑結(jié)構(gòu)是由豎向抗側(cè)力構(gòu)件（框架、剪力墻、筒體等）通過水平樓板連接構(gòu)成的大型空間結(jié)構(gòu)體系。要完全精確地按照三維空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析是十分困難的。各種實用的分析方法都需要對計算模型引入不同程度的簡化。下面是常見的一些基本假定：

2.1.1彈性假定。目前工程上實用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法均采用彈性的計算方法。在垂直荷載或一般風(fēng)力作用下，結(jié)構(gòu)通常處于彈性工作階段，這一假定基本符合結(jié)構(gòu)的實際工作狀況。但是在遭受地震或強(qiáng)臺風(fēng)作用時，高層建筑結(jié)構(gòu)往往會產(chǎn)生較大的位移，出現(xiàn)裂縫，進(jìn)入到彈塑性工作階段。此時仍按彈性方法計算內(nèi)力和位移時不能反映結(jié)構(gòu)的真實工作狀態(tài)的，應(yīng)按彈塑性動力分析方法進(jìn)行設(shè)計。

2.1.2小變形假定。小變形假定也是各種方法普遍采用的基本假定。但有不少人對幾何非線性問題（P－Δ效應(yīng)）進(jìn)行了一些研究。一般認(rèn)為，當(dāng)頂點水平位移Δ與建筑物高度H的比值Δ/H>1/500時，P－Δ效應(yīng)的影響就不能忽視了。

2.1.3剛性樓板假定。許多高層建筑結(jié)構(gòu)的分析方法均假定樓板在自身平面內(nèi)的剛度無限大，而平面外的剛度則忽略不計。這一假定大大減少了結(jié)構(gòu)位移的自由度，簡化了計算方法。并為采用空間薄壁桿件理論計算筒體結(jié)構(gòu)提供了條件。一般來說，對框架體系和剪力墻體系采用這一假定是完全可以的。但是，對于豎向剛度有突變的結(jié)構(gòu)，樓板剛度較小，主要抗側(cè)力構(gòu)件間距過大或是層數(shù)較少等情況，樓板變形的影響較大。特別是對結(jié)構(gòu)底部和頂部各層內(nèi)力和位移的影響更為明顯。可將這些樓層的剪力作適當(dāng)調(diào)整來考慮這種影響。

2.1.4計算圖形的假定。高層建筑結(jié)構(gòu)體系整體分析采用的計算圖形有三種：

①一維協(xié)同分析。按一維協(xié)同分析時，只考慮各抗側(cè)力構(gòu)件在一個位移自由度方向上的變形協(xié)調(diào)。在水平力作用下，將結(jié)構(gòu)體系簡化為由平行水平力方向上的各榀抗側(cè)力構(gòu)件組成的平面結(jié)構(gòu)。根據(jù)剛性樓板假定，同一樓面標(biāo)高處各榀抗側(cè)力構(gòu)件的側(cè)移相等，由此即可建立一維協(xié)同的基本方程。在扭矩作用下，則根據(jù)同層樓板上各抗側(cè)力構(gòu)件轉(zhuǎn)角相等的條件建立基本方程。一維協(xié)同分析是各種手算方法采用最多的計算圖形。

②二維協(xié)同分析。二維協(xié)同分析雖然仍將單榀抗側(cè)力構(gòu)件視為平面結(jié)構(gòu)，但考慮了同層樓板上各榀抗側(cè)力構(gòu)件在樓面內(nèi)的變形協(xié)調(diào)?？v橫兩方向的抗側(cè)力構(gòu)件共同工作，同時計算；扭矩與水平力同時計算。在引入剛性樓板假定后，每層樓板有三個自由度u，v，θ（當(dāng)考慮樓板翹曲是有四個自由度），樓面內(nèi)各抗側(cè)力構(gòu)件的位移均由這三個自由度確定。剪力樓板位移與其對應(yīng)外力作用的平衡方程，用矩陣位移法求解。二維協(xié)同分析主要為中小微型計算機(jī)上的桿系結(jié)構(gòu)分析程序所采用。

③三維空間分析。二維協(xié)同分析并沒有考慮抗側(cè)力構(gòu)件的公共節(jié)點在樓面外的位移協(xié)調(diào)（豎向位移和轉(zhuǎn)角的協(xié)調(diào)），而且，忽略抗側(cè)力構(gòu)件平面外的剛度和扭轉(zhuǎn)剛度對具有明顯空間工作性能的筒體結(jié)構(gòu)也是不妥當(dāng)?shù)摹?/p>

3.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題

3.1地基與基礎(chǔ)設(shè)計

地基基礎(chǔ)是整個工程造價的決定性因素，該階段設(shè)計過程的好壞將會直接影響到后期設(shè)計工作的進(jìn)行，而且出現(xiàn)在這一階段的問題,有可能更加嚴(yán)重甚至造成無法估量的損失。所以，結(jié)構(gòu)工程師一直是比較重視地基與基礎(chǔ)的設(shè)計。但是，由于我國占地面積較廣,地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜,在地基基礎(chǔ)設(shè)計中界定一定的標(biāo)準(zhǔn)，實施一定的規(guī)范也是有難度的?，F(xiàn)行的《地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》無法對全國各地的地基基礎(chǔ)做詳細(xì)的描述和規(guī)定,因此,在國家標(biāo)準(zhǔn)之下還需建立能夠?qū)⒏鞯胤降牡鼗A(chǔ)類型和設(shè)計處理方法等一些成熟的經(jīng)驗描述和規(guī)定得更為詳細(xì)和準(zhǔn)確的地方標(biāo)準(zhǔn)，從而盡量避免因地基問題二造成的對整個結(jié)構(gòu)設(shè)計或后期設(shè)計工作產(chǎn)生較大影響的問題出現(xiàn)。

3.2高層建筑結(jié)構(gòu)受力性能

建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定是非常重要的，在一個建筑物方案設(shè)計之初，建筑師著重考慮的是它的空間組成特點，而并非是其詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。因為建筑物的結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至地面，況且結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于地面的，所以建筑設(shè)計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關(guān)系。鑒于以上原因，建筑設(shè)計師在建筑設(shè)計方案的起始階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布給出總體的規(guī)劃和設(shè)想。

3.3提倡節(jié)約

目前，國家提倡的是建立節(jié)約型的發(fā)展社會，實行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。同樣，在建筑工程中，我們也要遵循這一原則。按照我國規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的大樓還是能進(jìn)入國際市場的，外國大企業(yè)在北京買按我國規(guī)范設(shè)計的大樓就是很好的證明。但是，從實際狀況來看，由于一些原材料和技術(shù)方面的原因，目前我國規(guī)范中的構(gòu)造要求,并非都比外國低，有的已經(jīng)超過。鑒于目前客觀形勢的,國家經(jīng)濟(jì)實力增強(qiáng)和住宅制度改革現(xiàn)狀等諸多方面的因素,我們可以將現(xiàn)行設(shè)計可靠度水平適當(dāng)提高一點,這樣投入也不大,但對國家總體和長遠(yuǎn)利益有利。

4.結(jié)語

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是個系統(tǒng)的，全面的工作?，F(xiàn)如今，隨著高度的增加，豎向結(jié)構(gòu)體系成為設(shè)計的控制因素：一個是較大的豎向荷載要求有較大的柱、墻和井筒；另一個更重要的是，側(cè)向力所產(chǎn)生的傾覆力矩和剪切變形要大得多，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必須以精心設(shè)計來保證。因此，在設(shè)計過程和設(shè)計管理過程中，對此必須給予高度重視

參考文獻(xiàn)：

篇8

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；結(jié)構(gòu)體系；結(jié)構(gòu)分析

中圖分類號： TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

引言

隨著人們生活水平的不斷提高，住房用地也開始緊張起來。高層建筑的出現(xiàn)可以有效的緩解城市用地緊張的局面，對于提高人們居住環(huán)境與生活水平具有重要的意義與作用。同時，高層建筑的發(fā)展也是城市發(fā)展的標(biāo)志，它是體現(xiàn)一個城市發(fā)展水平的重要指南針，因此，加強(qiáng)對高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點進(jìn)行分析與研究，對于我國社會發(fā)展具有重要的意義。

一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

與低層、多層建筑相比,高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計顯得更為重要。不同結(jié)構(gòu)體系的選擇會直接影響建筑的平面布置、樓層數(shù)目及施工技術(shù)要求等。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要特點如下:

（1）水平力是設(shè)計的主要因素。研究表明,樓房自重和樓面載荷在豎向構(gòu)件中產(chǎn)生的彎矩和軸力的大小僅與樓房高度的一次方成正比,而水平載荷對建筑產(chǎn)生的傾覆力矩及軸力大小與樓房高度的二次方成正比。因此在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)將水平力作為設(shè)計的主要因素。

（2）不可忽視軸向變形。當(dāng)樓層很高時,由樓房自重產(chǎn)生的軸向壓應(yīng)力可使中柱發(fā)生較大的軸向變形,導(dǎo)致連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小,而跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩值增大。

（3）側(cè)移作為控制指標(biāo)。建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)移隨高度的增加而迅速增大(側(cè)移量與樓層高度的四次方成正比),因此在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時,應(yīng)將結(jié)構(gòu)側(cè)移作為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素。

（4）抗震設(shè)計要求更高。高層建筑的抗震設(shè)計要努力做到“三水準(zhǔn)”的要求,即“小震不壞,中震可修,大震不倒”要想在建筑結(jié)構(gòu)抗震方面取得突破就必須在結(jié)構(gòu)與地基的材料特性、動力響應(yīng)、計算理論、穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)等方面綜合分析計算.得到切合實際的設(shè)計方案。

二、高層建筑的結(jié)構(gòu)體系

結(jié)構(gòu)體系是指結(jié)構(gòu)抵抗外部作用的構(gòu)件組成方式。而不同建筑會采用不同的結(jié)構(gòu)體系。在高層建筑中,抵抗水平力是設(shè)計的主要參數(shù),因此抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系的確定和設(shè)計就成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵問題。高層建筑中基本的抗側(cè)力單元為框架、剪力墻、實腹筒(又稱井筒)框筒及支撐,由這幾種單元可以組成多種結(jié)構(gòu)體系。

1、剪力墻體系

建筑物的豎向承重構(gòu)件主要由墻體承擔(dān)時,剪力墻(相關(guān)建筑抗震規(guī)范稱之為抗震墻)墻體既承擔(dān)水平構(gòu)件傳來的豎向荷載,同時承擔(dān)風(fēng)力或地震作用傳來的水平荷載。而作為建筑物的分隔墻和圍護(hù)墻,剪力墻墻體的布置必須同時滿足建筑平面布置和結(jié)構(gòu)布置的要求。剪力墻結(jié)構(gòu)體系有很好的承載能力,而且有很好的整體性和空間作用,比框架結(jié)構(gòu)有更好的抗側(cè)力能力。因此,可建造較高的建筑物。剪力墻的間距應(yīng)有一定限制,不能開間太大。對于需要大空間的建筑結(jié)構(gòu),剪力墻常存在適用、靈活性差等缺點,因而剪力墻一般適用于住宅、公寓和旅館。剪力墻結(jié)構(gòu)的樓蓋結(jié)構(gòu)一般采用平板,可以不設(shè)粱,所以空間利用比較好,能夠節(jié)約層高。

2、框架一剪力墻體系

當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的框架體系強(qiáng)度和剛度不能滿足設(shè)計要求時,往往需要在建筑平面的適當(dāng)位置設(shè)置較大的剪力墻來代替部分框架,從而形成了框架一剪力墻體系。在承受水平力時,框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。在體系中框架主要承受垂直荷載,剪力墻主要承受水平剪力。

3、簡體體系

所謂筒體體系是指采用簡體作為抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系統(tǒng)稱,具體包括單筒體、簡體一框架、筒中筒、多束筒等多種型式。簡體是一種空間受力構(gòu)件,分實腹筒和空腹筒兩種類型。實腹筒是由平面或曲面墻圍成的三維豎向結(jié)構(gòu)單體,空腹筒是由密排柱和窗裙梁或開孔鋼筋混凝土外墻構(gòu)成的空間受力構(gòu)件。筒體體系具有很大的剛度和強(qiáng)度,構(gòu)件受力比較合理,抗風(fēng)、抗震能力較強(qiáng),往往應(yīng)用于大跨度、大空間或超高層建筑。

三、高層建筑結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計方法

高層建筑結(jié)構(gòu)主要是由豎向抗側(cè)力構(gòu)件通過一定的水平樓板進(jìn)行連接，然后構(gòu)成的大型空間結(jié)構(gòu)體系。要想完全按照三維空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的分析一般是比較困難的，各種實用的分析方法都需要對計算模型引入不同程度的簡化。對于框架――剪力墻體系來說，大都采用連梁連續(xù)化來設(shè)定的，可以通過建立位移與外荷載之間關(guān)系來確定其合理程度。不同類型的剪力墻，其截面應(yīng)力分布也不同，在進(jìn)行計算處理分析過程中，其表現(xiàn)也不相同，剪力墻結(jié)構(gòu)的計算方法是平面有限單元法。筒體結(jié)構(gòu)的分析方法主要有等效連續(xù)化方法、等效離散化方法和三維空間分析法。等效連續(xù)化方法是將結(jié)構(gòu)中的離散桿件作等效連續(xù)化處理。

四、高層建筑的抗震分析與設(shè)計

在高層建筑遇到地震作用時，抗震結(jié)構(gòu)都會部分進(jìn)入到塑性狀態(tài)，為了有效的滿足大震作用下結(jié)構(gòu)的功能要求，有必要進(jìn)行研究和計算結(jié)構(gòu)的彈塑性變形能力。根據(jù)當(dāng)前國內(nèi)外抗震設(shè)計的發(fā)展趨勢，是根據(jù)對結(jié)構(gòu)在不同超越概率水平的地震作用下的性能或變形要求進(jìn)行重新的設(shè)計與準(zhǔn)備，使結(jié)構(gòu)彈塑性分析成為抗震設(shè)計的必要組成部分。我國現(xiàn)行抗震要求高層建筑物必須要能夠有效的抗震，要用時程分析法計算彈性方法，以有效的應(yīng)對地震的沖擊。在進(jìn)行抗震分析與設(shè)計的過程中，要考慮高度因素，因為高度往往是決定其抗震能力的關(guān)鍵，還要考慮其建筑設(shè)計的結(jié)構(gòu)問題。只有都考慮全面了，才可以有效的提高其抗震能力，使高層建筑能夠可持續(xù)發(fā)展。

五、高層建筑地基施工技術(shù)及質(zhì)旦控制措施

1、重視施工前的勘察工作

勘察工作包括兩個方面, 一是針對我國地域跨度大的特點, 要對復(fù)雜的地形和地址結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)勘察, 保證勘察工作的準(zhǔn)確性, 并制定地基質(zhì)量預(yù)防方案 。另外, 在施工中結(jié)合建筑的使用功能和建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,充分做好地基施工的準(zhǔn)備工作; 二是根據(jù)勘察情況, 保證地基鉆孔的準(zhǔn)確度, 確保地面不會出現(xiàn)不均勻沉降 、塌陷等地質(zhì)問題 。

2、制定合理地基施工方案和技術(shù)方案

工程設(shè)計人員應(yīng)針對地形 、地質(zhì)情況, 保證施工方案的設(shè)計與建筑物的使用要求相配, 在地基的材料控制方面, 要做好材料的質(zhì)量監(jiān)管, 確保材料的質(zhì)量 。在地基施工中, 由于基涉及到的施工工序較多, 而且比較復(fù)雜, 因此, 一定要科學(xué)合理地組織工程施工, 保證各個工序的有序進(jìn)行 。在工程施工中,主要的施工工序有: 降水施工, 支撐系統(tǒng)施工, 土方開挖, 以及基礎(chǔ)工程施工等方面, 其中, 最為主要的環(huán)節(jié)就是降水施工和土方開挖過程中的安全性以及支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性。降水方式的設(shè)立, 應(yīng)該以滿足設(shè)計要求為最終 目的, 無論是輕型井點降水還是大口徑井點降水,其最終的效果應(yīng)該保證在基地以下1-2m 為宜 。支撐系統(tǒng)的選擇: 在施工現(xiàn)場, 要充分考慮工程施工的所有影響因素, 采用放坡的方式, 進(jìn)行工程施工 。在選擇支護(hù)形式時, 必須要由專家以及專業(yè)人員進(jìn)行嚴(yán)格的討論和認(rèn)證后, 按照施工方案科學(xué)施工, 從而來提高基坑支護(hù)體系的安全性和穩(wěn)定性。

3、提高地基施工技術(shù)質(zhì)量

對于地基處理, 要加強(qiáng)局部結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度, 提高建筑物因地基的載力不足導(dǎo)致的變形能力 。在處理方法上要具體問題具體分析。

結(jié)束語

我國的高層建筑正隨著經(jīng)濟(jì)的高度發(fā)展越來越多,這對高層建筑的施工質(zhì)量也提出了相當(dāng)高的要求 "高層建筑好的基礎(chǔ)施工質(zhì)量是整個高層建筑工程質(zhì)量的關(guān)鍵 "但是在高層建筑的基礎(chǔ)施工過程中,一些看似對工程質(zhì)量沒什么影響的違規(guī)操作卻為建筑的質(zhì)量埋下了巨大的安全隱患 "所 以在高層建筑基礎(chǔ)的施工過程中,施工人員要熟練掌握地基基礎(chǔ)的處理技術(shù)和基礎(chǔ)的土建施工技術(shù) "施工單位要制定相關(guān)的施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),對施工部門要加強(qiáng)培訓(xùn)和管理工作 "要通過技術(shù)人員和管理人員的共同努力來控制施工質(zhì)量,切實保障高層建筑的安全性與穩(wěn)定性

參考文獻(xiàn)

篇9

【關(guān)鍵詞】高層建筑；設(shè)計；原則；指導(dǎo)作用。

Abstract：High-rise buildings in the city building in the current ratio gradually increases, high-rise buildings, general building, whether in design or in practice, more areas requiring attention, the article discusses the basic principles of high-level design of building structures, characteristics,and recurring problems of a certain role in guiding the discussion, the high-level design of building structures.

Key words： high-rise buildings; design; principle; guiding role.

中圖分類號：TU973 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-2104（2012）

0.緒論

隨著社會生產(chǎn)力以及科學(xué)技術(shù)的逐步發(fā)展，我國大中型城市的城市化進(jìn)程加快。作為城市化發(fā)展標(biāo)志之一的高層建筑以其宏偉的高度及巨大的體量給人類一種強(qiáng)烈的視覺震撼。同時，隨著全國工業(yè)水平的不斷上升，各地城市人口劇增，為了滿足城市居民對住房的需求以及改善人們的居住環(huán)境，高層建筑的建造是必然的。在高層建筑百年的發(fā)展過程中，現(xiàn)代高層建筑已經(jīng)不僅僅單純地為滿足其使用功能，建筑結(jié)構(gòu)工程師在高層建筑設(shè)計中如何更好把握設(shè)計要點，直接影響到建筑整體結(jié)構(gòu)的安全、美觀、經(jīng)濟(jì)及合理性。

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

（1）選擇正確的計算簡圖：結(jié)構(gòu)計算是在計算簡圖的基礎(chǔ)上開展的，計算簡圖選著不當(dāng)會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的事故頻繁發(fā)生，故選擇正確的計算簡圖是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計算簡圖還應(yīng)該有相應(yīng)的構(gòu)造措施來保證其在實際應(yīng)用中的適用性。如實際結(jié)構(gòu)的節(jié)點不可能是純粹的鉸結(jié)點或剛結(jié)點，但與計算簡圖的誤差必須在設(shè)計允許誤差范圍之內(nèi)。

（2）選擇正確的基礎(chǔ)方案：基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)根據(jù)實際工程地質(zhì)條件，對上層結(jié)構(gòu)類型和載荷分布，鄰近建筑物影響和施工條件等等多方面因素進(jìn)行綜合分析，選擇經(jīng)濟(jì)、合理的基礎(chǔ)方案，在設(shè)計時要最大限度地發(fā)揮地基的潛力，必要時應(yīng)該進(jìn)行地基的變形驗算?；A(chǔ)設(shè)計應(yīng)該出具詳盡的地質(zhì)勘察報告，對某些缺少地質(zhì)報告的建筑也應(yīng)該進(jìn)行現(xiàn)場查看以及參考鄰近建筑資料。一般情況下，同一結(jié)構(gòu)單元不能用兩種不同的類型的基礎(chǔ)方案。

（3）正確選擇結(jié)構(gòu)方案：一個正確的結(jié)構(gòu)方案，總的來說就是一個切實可行的結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)做到受力明確，傳力簡單。在同一結(jié)構(gòu)單元內(nèi)不宜選著不同結(jié)構(gòu)體系混用，位于地震區(qū)單元應(yīng)充分考慮平面和豎向規(guī)則。具體說來就是必須對工程的設(shè)計、原材料供給、周邊地理環(huán)境、現(xiàn)有施工條件等具體情況進(jìn)行綜合分析，并與建筑方、電、水、暖等供應(yīng)商等方面充分協(xié)商，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，確定正確的結(jié)構(gòu)方案，必要時要進(jìn)行多方案比較。

（4）正確分析計算結(jié)果： 現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中普遍采取計算機(jī)技術(shù)，但是由于目前計算軟件種類繁多，不同軟件又往往導(dǎo)致計算結(jié)果不盡相同。因此要求設(shè)計師應(yīng)對計算軟件的適用條件進(jìn)行全面的了解。在利用計算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計時，由于結(jié)構(gòu)實際情況和設(shè)計程序不相符合，或者由于人工輸入錯誤 又或者軟件本身存在缺陷均會導(dǎo)致錯誤的計算結(jié)果，因此要求結(jié)構(gòu)工程師在拿到計算機(jī)計算結(jié)果時應(yīng)結(jié)合實際情況認(rèn)真分析，做出正確判斷。

（5）采取正確的構(gòu)造措施：做結(jié)構(gòu)設(shè)計時始終要牢記“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)壓弱拉的原則”，同時注意構(gòu)件的延性性能，增強(qiáng)薄弱部位受力性，注意鋼筋的錨固長度、力度，特別是鋼筋的執(zhí)行段錨固長度；充分考慮溫度應(yīng)力的影響力。

高層建筑設(shè)計特點

高層建筑的設(shè)計特點集中體現(xiàn)在水平荷載、軸向變形、結(jié)構(gòu)延性和側(cè)移等方面。其中由水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩而引起的軸力和樓房高度的兩次方成正比，而在一些豎構(gòu)件中，由樓房的自重及樓面使用荷載而產(chǎn)生的彎矩數(shù)值和軸力僅和樓房高度的一次方成正比，另外由于豎向荷載為確定值而水平荷載具有不確定性，所以，水平荷載在高層建筑中具有決定性作用 。

由于在水平荷載下的結(jié)構(gòu)側(cè)移變形會伴隨著高層建筑樓層高度的增加而逐步增大，所以，結(jié)構(gòu)側(cè)移是高層建筑設(shè)計的關(guān)鍵因素及控制指標(biāo)。結(jié)構(gòu)延性也是高層建筑設(shè)計的重要指標(biāo)。為保證高層建筑足夠的結(jié)構(gòu)延性，使之結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段仍然有較強(qiáng)的變形能力而不至于自身倒塌，須在其結(jié)構(gòu)上采取適當(dāng)?shù)拇胧?。此外，在高層建筑設(shè)計中同樣不能忽視高層建筑的軸向變形因素。

高層建筑結(jié)構(gòu)體系

（1）框架-剪力墻體系。當(dāng)單獨框架體系的強(qiáng)度及剛度不能滿足實際要求時，此時需要在建筑平面的適當(dāng)位置增加較大的剪力墻來替代部分框架，這便形成了框架-剪力墻體系。在承受水平方向力時，框架及剪力墻通過有足夠大剛度的樓板及連梁組成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。在此體系中框架體系主要承受垂直荷載，而剪力墻主要承受水平剪力?？蚣?剪力墻體系的位移曲線一般呈彎剪型。剪力墻的增加， 增大了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，使得建筑物的水平位移減小，同時框架承受來之水平方向剪力顯著降低并且內(nèi)力沿豎向的分布也趨于均勻，所以框架-剪力墻體系的能建高度要大于單純框架體系。

（2）剪力墻體系。當(dāng)受力的主體結(jié)構(gòu)全部是由平面剪力墻構(gòu)件組成時，就形成剪力墻體系。在剪力墻體系中，一片剪力墻就承受了全部的垂直荷載及水平力。 剪力墻體系屬于剛性結(jié)構(gòu)，其位移曲線一般呈彎曲型。剪力墻體系的強(qiáng)度及剛度都比較高，且有一定的延性，傳力直接，整體性能好，抗震、抗倒塌能力強(qiáng)，是一種比較良好的結(jié)構(gòu)體系，能建高度大于單一框架體系或著框架-剪力墻混合體系。

（3）簡體體系。凡是采用簡體為抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系都稱為簡體體系，包括了單簡體、簡體-框架、多束筒、筒中筒等多種表現(xiàn)型式。簡體實際上是一種空間受力構(gòu)件，分為實腹筒及空腹筒兩種類型。其中實腹筒是由平面或曲面墻圍成的豎向三維結(jié)構(gòu)單體，而空腹筒是由密排柱及窗裙梁或者開孔的鋼筋混泥土外墻組成的空間受力構(gòu)件。簡體體系具有很大的剛度及強(qiáng)度，而且各構(gòu)件受力比較合理，抗風(fēng)、 抗震能力表現(xiàn)很強(qiáng)，往往應(yīng)用在超大跨度、大空間或超高層建筑中。

4.高層建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)問題分析

（1）結(jié)構(gòu)超高問題：在抗震規(guī)范及新規(guī)范中，對建筑結(jié)構(gòu)的總高度有著非常嚴(yán)格的限制，特別是新規(guī)范中針對超高問題，除了將以前的限制高度設(shè)定為A級高度以外還增加了B級高度，處理措施和設(shè)計方法也都有較大改變。在實際的工程設(shè)計中，頻頻出現(xiàn)由于結(jié)構(gòu)類型變更而忽略該問題后導(dǎo)致施工圖審查時未能通過，需要重新進(jìn)行設(shè)計或者開專家會議進(jìn)行論證的情況，對工程的工期、造價

等整體規(guī)劃有著相當(dāng)大影響。

（2）短肢剪力墻設(shè)置問題：在新規(guī)范中可以看到，對于墻肢截面高厚比為

5-8的墻體定義為短肢剪力墻，而且根據(jù)實驗數(shù)據(jù)及實際經(jīng)驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用也增加了比較的限制，所以，在高層建筑設(shè)計中，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)當(dāng)減少采用或盡量不用短肢剪力墻，以避免關(guān)于設(shè)計方面不必要的麻煩。

（3）嵌固端設(shè)置問題：目前由于高層建筑一般都帶有二層或者二層以上的地下室空間和人防，嵌固端有可能會設(shè)置在地下室的頂板，也有可能設(shè)置在人防頂板等位置，因此，在這問題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師通常忽視了由嵌固端設(shè)置帶來的一些需要注意的方面，比如：嵌固端樓板本身的設(shè)計、嵌固端上下層剛度比的上限、嵌固端上下層抗震層次的一致性、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)計與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等問題，而忽略任何一個問題都有可能導(dǎo)致后期埋下安全隱患。

（4）結(jié)構(gòu)規(guī)則性問題 ：新、舊規(guī)范在這方面規(guī)則出現(xiàn)了較大的差異，新規(guī)范在這方面增加了相當(dāng)多的限制條件，而且，新規(guī)范增加強(qiáng)制性條文規(guī)定“建筑不應(yīng)該采用嚴(yán)重不規(guī)范的設(shè)計方案?！?因此，結(jié)構(gòu)工程師在對待新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴(yán)格注意，從以避免后期施工圖設(shè)計階段工作的被動。

5.小結(jié)

近年來，我國在高層建筑建設(shè)方面發(fā)展迅速。但但從設(shè)計質(zhì)量方面來看，并不十分理想。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)工程師不能單單重視結(jié)構(gòu)計算的準(zhǔn)確性而忽略結(jié)構(gòu)方案在具體設(shè)施時實際情況，應(yīng)作出更加合理的結(jié)構(gòu)方案選擇。 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)該根據(jù)具體情況進(jìn)行具體的分析所掌握的知識對實際建筑設(shè)計中遇到了各種問題進(jìn)行處理。

【參考文獻(xiàn)】

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篇10

關(guān)鍵詞：復(fù)雜高層建筑；連體結(jié)構(gòu)；受力分析；設(shè)計要點

引言

連體建筑氣勢宏偉，深受群眾喜愛。但由于連體結(jié)構(gòu)的存在，使得原來彼此獨立的各單體結(jié)構(gòu)成為一個復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的一部分，這就給高層結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計提出了更高的要求：如何高效、準(zhǔn)確地對復(fù)雜高層連體結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行分析和設(shè)計，己成為一個急侍解決的重要課題。筆者根據(jù)多年的工作經(jīng)驗，就這方面的設(shè)計心得加以探討，希與同行共同切磋。

一、連體結(jié)構(gòu)的形式及特點

目前，連體高層建筑結(jié)構(gòu)主要有兩種形式。第一種形式稱為架空連廊式，既兩個結(jié)構(gòu)單元之間設(shè)置一個(層)或多個(層)連廊，連廊的跨度從幾米到幾十米不等，連廊的寬度一般約在10m之內(nèi)；另一種形式稱為凱旋門式，整個結(jié)構(gòu)類似一個巨大的“門框”，連接體在結(jié)構(gòu)的頂部若千層與兩端“門柱”(既兩側(cè)結(jié)構(gòu))連接成整體樓層，連接體的寬度與兩側(cè)門柱的寬度相等或接近，兩側(cè)“門柱”結(jié)構(gòu)一般采用對稱的平面形式，具體結(jié)構(gòu)示意圖見圖1所示。

圖1 連體結(jié)構(gòu)凱旋門式結(jié)構(gòu)

二、連體結(jié)構(gòu)的受力特點

連體結(jié)構(gòu)的受力比一般單體結(jié)構(gòu)或多塔樓結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，主要表現(xiàn)在如下幾個方面：

1、結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動變形較大，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較明顯。

由計算分析及相關(guān)的振動臺試臉說明，連體結(jié)構(gòu)自振振型較為復(fù)雜，前幾個振型與單體結(jié)構(gòu)有明顯區(qū)別，除順向振型外，還出現(xiàn)反向振型，扭轉(zhuǎn)振型豐富，扭轉(zhuǎn)性能差，在風(fēng)荷載或地震作用下，結(jié)構(gòu)除產(chǎn)生平動變形外，還會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形；同時，由于連接體樓板的變形，兩側(cè)結(jié)構(gòu)還有可能產(chǎn)生相向運(yùn)動，該振動形態(tài)與整體結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動藕合，當(dāng)兩側(cè)結(jié)構(gòu)不對稱時，上述變形更為不利.當(dāng)?shù)谝慌まD(zhuǎn)頻率與場地卓越頻率接近時，容易引起較大的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)，易使結(jié)構(gòu)發(fā)生脆勝破壞。

對多塔連體結(jié)構(gòu)，因體型更復(fù)雜，振動形態(tài)也將更為復(fù)雜，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)更加明顯。

2.連體結(jié)構(gòu)中部剛度小，而此部位混凝土強(qiáng)度等級又低于下部結(jié)構(gòu)，從而使結(jié)構(gòu)薄弱部位由結(jié)構(gòu)底部轉(zhuǎn)移到連體結(jié)構(gòu)中場樓（兩側(cè)結(jié)構(gòu))的中下部，設(shè)計中應(yīng)予以充分注意。

3、連接體部分受力復(fù)雜。

連接體部分是連體部位的關(guān)鍵部位，受力復(fù)雜。連接體一方面要協(xié)調(diào)兩側(cè)結(jié)構(gòu)的變形，另一方面不但在水平荷載作用下承受較大的內(nèi)力，當(dāng)連接體跨度較大，層數(shù)較多時，豎向荷載(靜力)作用下的內(nèi)力也很大。同時，豎向地震作用也很明顯。

4、連接體結(jié)構(gòu)與兩側(cè)結(jié)構(gòu)的連接是連體結(jié)構(gòu)的又一關(guān)鍵問題。

連接部位受力復(fù)雜，應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，易發(fā)生脆性破壞。如處理不當(dāng)，將難以保證結(jié)構(gòu)安全。

歷次地震中，連體結(jié)構(gòu)的度害都較為嚴(yán)重，特別是架空連廊式連體結(jié)構(gòu)。兩個結(jié)構(gòu)單元之間有多個連體的，高處連廊首先塌落，底部的連廊有的沒有塌落。

兩個結(jié)構(gòu)單元高度不等或體型、平面和剛度不同，則連體結(jié)構(gòu)破壞尤為嚴(yán)重。

三、連體結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點

基于上述分析，高層建筑連體結(jié)構(gòu)在設(shè)計時，應(yīng)該注意以下事項：

1、連體結(jié)構(gòu)各獨立部分宜有相同或相近的體型、平面和剛度。其中，7度、8度抗震設(shè)計時，層數(shù)和剛度相差懸殊的建筑不宜采用連體結(jié)構(gòu)。

2、連體結(jié)構(gòu)的整體及各獨立部分結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)盡可能簡單、規(guī)則、均勻、對稱，減少偏心?？箓?cè)力構(gòu)件布置宜周邊化，以增大結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。

3、連接體部分是連體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，設(shè)計中應(yīng)注意以下幾點：

(1)連體結(jié)構(gòu)的連接體宜按中震彈性設(shè)計，既地震作用下的內(nèi)力按中震進(jìn)行計算。

(2)應(yīng)盡量減輕連接體部分結(jié)構(gòu)自重，應(yīng)優(yōu)先采用鋼結(jié)構(gòu)析架，也可采用鋼筋、型鋼混凝土架、型鋼混凝土梁等結(jié)構(gòu)形式。

當(dāng)連接體包含多個樓層時，最下面的一層宜采用鋼結(jié)構(gòu)析架結(jié)構(gòu)形式，并應(yīng)加強(qiáng)最下面的1-2個樓層的設(shè)計和構(gòu)造措施。

(3)架空的連接體對豎向地震的反應(yīng)比較敏感，尤其是跨度較大、層數(shù)較多的連接體對豎向地震的反應(yīng)更加敏感。所以，連體結(jié)構(gòu)的連接體部分應(yīng)考慮豎向地震的影響。近似計算時，豎向地震作用的標(biāo)準(zhǔn)值可取連接體部分重力荷載代表值的10% (8度抗震設(shè)計)，并按各構(gòu)件所分擔(dān)的重力荷載代表值的比例進(jìn)行分配。

(4)連接體部分的樓板厚度不宜小于150mm，并應(yīng)用于雙層雙向配筋，每層每方向的配筋率不宜小于0.25%.連接體部分的端跨梁截面尺寸宜適當(dāng)加大。

(5)抗震設(shè)計時，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的連接體及與連接體相連的兩側(cè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震等級應(yīng)提高一級采用，一級提高至特一級，如構(gòu)件原抗震等級已經(jīng)為特一級則不再提高。

以下以某工程實例為例，介紹連體結(jié)構(gòu)的主要計算參數(shù)。

（1）結(jié)構(gòu)計算分析

采用了SAME和ETABS兩種不同計算模型的計算分析程序，對該工程進(jìn)行了彈性及彈塑性分析，計算中采用分塊剛性樓板加彈性板(連體部位)模型。分析結(jié)果如下所圖2所示。

圖2 分析模型示意圖

（2）彈性靜力整體計算方法。

本工程由兩棟高層塔樓組成，建筑高度120m，基本風(fēng)壓：w。=90 kN / mz；地震烈度：地區(qū)地震基本烈度：7度，設(shè)計地震基本加速度值：0. l:g，設(shè)計地震分組：第一組，擬建場地土類型屬中硬土。為滿足建筑功能要求，兩棟塔樓在頂部位置設(shè)三層連廊連接，連廊層高6 m，連廊跨度35m。本次分析中分別采用SAME和ETABS程序，其彈性靜力整體計算結(jié)果見表1所示：

表1 連體結(jié)構(gòu)周期、位移、剛度比計算結(jié)果

總結(jié)

連體結(jié)構(gòu)體型較復(fù)雜，其連接體受力更為復(fù)雜。在地震作用下，連體結(jié)構(gòu)的連接體易形成薄弱部位，破壞較嚴(yán)重。其具體設(shè)計時，應(yīng)充分考慮以下幾點：

（1）宜結(jié)合工程實際情況，對連體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，確定比較合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。計算結(jié)果表明，本工程所選的低位弱連接方式是較合理的。

（2）連接體對豎向地震的反應(yīng)比較敏感，抗震設(shè)計時應(yīng)根據(jù)相應(yīng)規(guī)范要求考慮豎向地震的影響。

（3）連體結(jié)構(gòu)振型較為復(fù)雜，宜整體建模對結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析。同時連體結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)性能差，扭轉(zhuǎn)振型豐富，水平地震作用計算時應(yīng)考慮雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng).

（4）支座部位承載力設(shè)計時宜按考慮罕遇地震作用的最不利內(nèi)力進(jìn)行，支座滑移量應(yīng)滿足在罕遇地震作用下的位移要求。

參考文獻(xiàn)

【1】徐培福.復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計/M1.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005:314-357